分布式发电与储能技术

电气技术前沿
微网是能够独立运行或作为一个整体与公共电网联网 的分布式供电系统。
将分布式电源以微网的形式接入到公共大电网运行， 互为补充和支撑，是发挥其效能的最有效方式。 微网是智能电网的重要组成部分，能实现内部电 源和负荷的一体化运行，通过和主电网的协调控制， 可平滑接入主网或独立自治运行，充分满足用户对 电能质量、供电可靠性和安全性的要求。
distributed energy storage system，DESS
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分布式发电发展的瓶颈——储能问题
随着新能源发电规模的扩大、DG的不断发展， DESS的重要性也日益凸显。
未来三大新兴产业—— 新能源、智能电网和电动汽车 的发展瓶颈都指向了同一项技术： 储能技术
储能技术
电气技术前沿
电气技术前沿
电力市场的运营模式，可根据发、输、配、售四个环节 的市场开放程度而分为5个模式：
英国、美国多数 瑞典、阿根廷、捷 克、美国的加州等
己在挪威、智利、 美国的纽约州等 逐步推行。
全球电力市场模式及组成
正面影响
分布式发电可大大提高用户供电的可靠性；
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减少配电网投资，因为分布式发电装置直接装在用户侧， 可减少输配电设备的投资，还可减少输送电的损耗，降低 成本，对于用户来说，电价也会相对便宜。 新建集中式发电厂和远距离输电线的需求将减少或推迟。 新增负荷相当大的部分将由分布式发电来满足，集中电力 系统负荷减少。 DG的削峰填谷、平衡负荷作用，使现有发电输电设备的 备用减少，利用率提高。
电气技术前沿——
分布式发电与储能技术
Distributed Generation & Energy Storage Technology
电气工程教研室
梅慧兰
2014.9
电气技术前沿
主 要 内 容
1.分布式发电概述 2.分布式发电对传统电力（配电）系统的 影响 3.分布式发电与微型电网 4.分布式发电（微网）发展的瓶颈
——分布式储能问题 5.结语
1. DG概述
什么是分布式发电？
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新能源发电→分布式发电；概念和内容上有发展
分布式发电(Distributed Generation 或 Dispersed Generation， 简称DG)或嵌入式发电（Embedded Generation)
其概念有多种说法:
分布式发电与微型电网
微网从系统观点，将分布式电源、负荷、 储能装置、控制装置等结合，形成一个单一可 控的单元，同时向用户供给电能和热能/制冷。
微网技术能高效环保地利用各种分布式电 源，是智能电网的重要组成部分，是世界上各 国未来电力发展的重要战略目标之一。
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4.储能技术 Energy Storage Technology Not a stranger！
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分布式发电与微型电网
2009年3月26日至27日，在国网电力科学研究 院召开的“微网技术体系研究”第一次工作会 议将微网定义为：
微网是以分布式发电技术为基础，以靠近分 散型资源或用户的小型电站为主，结合终端 用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成 的小型模块化、分散式的供能网络。
分布式发电与微型电网
热电冷联产发电
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燃气轮机(Gas Turbine, --微型燃气轮机，多称为微燃机(Micro-turbine) Combustion Turbine Generators) 内燃机(Gas Engine, Internal Combustion Reciprocating Engines and Generators) 燃料电池(Fuel cell—FC) 太阳能光伏电池(Photo-voltaic panel/cell） 风能（Wind Power) 生物质能(Biomass Energy)
负面影响
引入、DG在负荷侧或在电网边缘处。
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分布式发电的随机性、不稳定性、电力电子变换器的大量
DG并网过程对电网的冲击； 对电网频率的影响； 对电网电压的影响； 对电网稳定性的影响；
对电网继电保护装置的影响；
对电能质量的影响；
对电力定价的影响。
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例如：DG对电能质量的影响
电力生产具有连续性，发电、输电、变电、配 电、用电须时刻保持动态平衡； 负荷存在峰谷差，须留有很大的备用容量，造 成系统设备运行效率低。 ——储能技术的应用，于传统大电网而言，可对 负荷削峰填谷，提高系统可靠性和稳定性，减少 系统备用需求及停电损失。
电气技术前沿 4.储能技术 Energy Storage Technology
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主要分布式发电特性比较
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分布式发电接入电力系统
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主力发电厂
升压变压器
配电站
降压站 配电站
配电站
商业 光电
燃机 住宅 工业 商业
分布式发电的优点
（1）经济、节能:
-建设容易，投资少
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不需建设大电厂和变电站、配电站，土建和安装成本低，工期 短，投资少。
-靠近用户，输配电简单，网络损耗小。 直接就近供电，不需长距离高压输电线，可降低网损率，建 设简单廉价。 -能源利用效率高 通过不同循环的有机整合，可以克服冷、热能无法远距离传 输的困难，实现电、冷、热三联产，达到能源的梯级利用。
分布式发电发展的瓶颈——储能问题
由于自然资源的特性，风能、太阳能及海洋能等发电时其功
率输出具有明显的间歇性和波动性，其变化甚至是随机的，
易对电网产生冲击，严重时会引发电网事故。
为充分利用可再生能源，保障其供电的连续性、可靠性和
稳定性，就要对这种难以准确预测的能量变化进行及时的控 制和抑制。
————储能装置，可用来解决这一问题。
电磁储能技术仍很昂贵，还没有商业化。
常用的储能系统
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（1）蓄电池储能 battery energy storage system
由蓄电池、逆变器、控制装置、辅助设备（安全、环境保护设 备）等部分组成。 分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、铁电池、 钠硫电池、全钒液流电池...
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分布式发电与微型电网
Micro-Grid
分布式发电与微型电网
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分布式发电与微型电网
微电网可看作大电网中的一 个可控单元， 而不再是多个分散的电源和 负荷。 微电网和大电网 的连接处，称为 公共连接点。 微电网模式控制 器，可实现并网 与独立运行的转换。
电气技术前沿
电气技术前沿
分布式发电的优点
（2）投资风险：
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可避免或推迟增加新的发电和输电线路，减少土地占用，降低
大型电站建设投资风险。
（3）安全及可靠性：
在电网崩溃或意外灾害（战争、台风、地震、恐怖活动等）的 情况下，维持重要用户的供电。 也可满足特殊场合的需求，如大型集会或庆典，安排处于热 备用状态的移动分散式发电车，能极大提高供电可靠性。
Power Distribution System
“Power Exchange System”
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DG将对电力市场Electricity Market的走向、最后 格局产生深远影响。
√ 电力公司和用户间形成新型关系： 用户可从电力公司买电，也可用自有分布式电源向电力公司 卖电，或为电力公司有偿提供削峰填谷、功率支持等服务； √ 为其他行业进入电力市场打开了方便之门： 如天然气公司等，电力市场参与者增加，利益关系更复杂， 竞争更激烈。
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DG具有如下特点：
——电源容量小（几kW至几十MW，容量< 3050MW）； ——运行在380V或10kV或“稍高”的配电电压等 级上；
——模块化、分散化，接近终端用户；
——电力生产者和消费者合一，功率双向流动；
——运行方式灵活
孤岛运行 islanding operation 并网运行 parallel operation mode ；
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10万kW风电场并网 对新疆主网电压动态特性的影响
最高可达10%
3. 分布式发电与微型电网
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分布式电源相对大电网来说是一个不可控源，因 此大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布 式电源，以期减小其对大电网的冲击。 IEEE P1547对分布式能源的入网标准做了规定： “当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上 退出运行。” 为整合分布式发电的优势，削弱分布式发电对电网 的冲击和负面影响，近年来提出了一种新的分布式 电源组织方式和结构—— 微型电网（Micro-Grid，简称微网）
三大类：化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸 电池、镍镉电池、超级电容器等）、物理储能（如 抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）和电磁储 能（如超导储能）。 化学储能—— 目前技术进步最快，其中钠硫、液流及锂离子电池 技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得 重大突破。钠硫电池的充电效率已可达到80%以上 ，能量密度是铅酸蓄电池的3倍，循环寿命更长。日 本在此项技术上国际领先。
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物理储能——
最成熟、应用最普遍—抽水蓄能，用于电力系统 的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等， 其能量转换效率在70~75%左右。 压缩空气储能早在1978年就实现了应用，但受地 形、地质条件制约，没有大规模推广。 飞轮蓄能，寿命长、无污染，动态特性好，发展 迅速。但超大容量的飞轮，目前技术尚不成熟。
√ 靠近用户侧，而非集中的发电厂，向用户提供电力的任何小 规模的发电技术，可与中、低压配电系统互联，也可不互联。
√ 利用小规模的、环保的发电技术，如太阳能光伏发电、燃 料电池、微型燃气轮机和小型风力发电等，并把这些装置安 装在靠近用户侧，直接向单一的特定的用户供电。
什么是分布式发电（续概念）？
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√ 任何建在用户附近的发电装置，不论它的大小或 者利用什么能源。
√ 此外，还有其他说法，如： 任何和分散设备有关的发电； 用来调整电压和电力系统稳定性的小型发电机； 任何小于一定容量的发电，这个临界值在10kW到50MW 不等。
“小型”、模块化、分散式、布置在用户附近、高效、 可靠的发电单元——DG（目前较普遍的一般性概念）
两个主要方面： （1）暂态电压波动和闪变 （2）网络电压谐波和畸变 分布式发电可能降低也可能改善用户的电 能质量。
暂态电压波动和闪变（如风电）
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风电出力变动大，多采用感应发电机 induction generator， 需从电网吸收大量无功建立磁场； 风机联网对电网电压的影响主要有： 由于风速变化、风机投切等引起电压波动。 风电经AC/DC/AC并网时由脉宽调制变换器产生谐波。谐 波次数、大小与采用的变换装置和滤波系统有关。 并网瞬间较大突入电流，有引起系统瞬时电压下降的危险。 风电场从系统吸取大量无功时，可引起不可接受的电压下 降，甚至电压不稳定。
（7）扶贫：解决边远地区供电困难（Stand alone mode)
2. DG对传统电力（配电）系统的影响
具体：技术与经济方面， 正面与负面影响。
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分布式发电的引入将使配电系统发生根本性变化。
√从辐射网络变为遍布电源和用户互联的网络，DG的分散性、 随机波动性，使得控制和管理将更加复杂； √使传统配电网从规划到运行发生彻底改变，如无功补偿、电 压控制等； √ 使DAS（Distribution Automation System）和DSM （ Demand Side Management ）的内容发生大的变化。
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——比集中发电更可靠：含有分布式电源
的系统中发生大停电（高负荷、风暴、地震、 恐怖袭击、战争）的几率较小；
能源危机、南方冰灾、汶川地震等大停电，庞大电 力系统存在“笨拙”而“脆弱”的缺点。
——大多基于可再生能源发电技术； ——清洁性更好，利于环保。
DG装置的类型 主要包括（广义）：
分布式发电的优点
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（4）环保：采用天然气、沼气，或化学能、太阳能、风能等为
燃料，减少粉尘、有害气体、废水废渣的排放，同时减少电磁 污染，具有良好的环保性能。
（5）电力市场：适应电力市场发展，多家办电，打破垄断。 （6）调峰性能：由于DG工作流程简单，参与运行的系统少，
因而启动和停机快速，具有良好的调峰性能，且便于实现全自 动控制。（“即用即插式”，“友好发电方式”）